公伯峡水电站旋流泄洪洞模型试验与原型观测对比研究

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竖井进流水平旋流内消能工具有消能率高、施工简单、布置灵活、工程造价低等优点,对其研究具有较大的理论意义和推广应用价值。公伯峡右岸旋流泄洪洞是国内第一个在百米级水头和千立方米泄量级进行旋流内消能技术的研究与应用,是我国首次建成的并投入运行的水平旋流消能工,在我国旋流式消能泄洪洞设计、研究与工程应用中具有里程碑的意义。  本文通过结合反演法和模型试验,研究分析其水力学模型试验与原型观测试验成果;从试验条件、泄流能力、流态、通气特性、水流掺气特性、壁面压力、空化特性及整体运行可靠性几方面进行了对比,进一步分析原型观测成果与模型试验成果的可靠性、误差与精度,借助相关理论验证并确定旋流泄洪洞的各项合理水力特性参数,论证泄洪建筑物的安全性与可靠性。  研究结果表明:模型与原型试验计算总消能率均在85%左右,泄流能力相似;原型观测试验观测到水垫塘内的流态与常、减压模型试验不一样,在模型试验中旋转水流移动的距离更长;通过对掺气特性对比发现,原型观测试验中环形掺气坎下游空腔长度远大于模型值,水流的挟气能力更强,旋流洞通气孔的通气量原型观测与模型试验结果比较接近;环形掺气坎上游测点压力的原模型结果比较接近,环形掺气坎下游各测点时均压力原模型压力测量结果差异较大,原模型脉动压力均方根结果基本一致;对于电站整体运行,由于右岸旋流泄洪洞采取了内消能工,出口水流流速已降至12m/s~15m/s,对下游消能区冲淤已不起控制作用,下游消能区最大冲坑在下游防护设计范围内,因此下游消能区是安全的。
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